Конструкции арочных плотин
1. Материал плотины. В настоящее время арочные плотины сооружают из бетона (редко из железобетона) более высокой марки, чем в случае гравитационных плотин.
2. Очертание верховой и низовой поверхностей плотины. Арочная плотина в горизонтальных ее сечениях почти всегда описывается дугами окружности радиуса гв (для верховой поверхности) и г„ (для низовой поверхности). При этом толщина арочной плотины в данном горизонтальном сечении может быть постоянной и равной d=rB—Тн = const, но может и увеличиваться к пятам. Свод арочной плотины мысленно можно расчленить на ряд горизонтальных расчетных арок. Толщину арочной плотины в данном ее горизонтальном сечении назначают в первом приближении на основании рассмотрения соответствующих аналогов; иногда при этом используют так называемую котельную формулу (9.5). По высоте плотины радиусы гв и гИ, а также центральный угол 2а (см. рис. 9.1, сечение 1—1) могут изменяться.
Принято различать два типа плотин: 1) плотины с постоянным радиусом гв по их высоте (но обычно с переменным углом 2а по высоте); 2) плотины с постоянным центральным углом 2а по их высоте (но с переменным радиусом гв по высоте).
Ранее строили плотины 1-го типа, причем верховую поверхность плотин делали вертикальной (см. рис. 9.1, б). Сохраняя радиус гн книзу постепенно уменьшали. В результате получали все расчетные горизонтальные арки плотины, очерченными дугами окружностей, центры которых лежат на одной вертикали (проектирующейся в точке 0 на рис. 9.1, сечение 1—1). Центральный угол 2а при указанном построении должен книзу уменьшаться; только для прямоугольного створа угол будет постоянным.
Первый тип очертания плотины достаточно удобен только для створа плотины трапецеидального или прямоугольного очертания при проектировании арочногравитационной плотины.
Второй тип очертания плотины наиболее распространен в настоящее время. В этом случае гв уменьшается книзу. Что касается угла 2а, то его все же трудно сохранить постоянным по высоте. Задача о вписывании такой арочной плотины в заданный рельеф каньона является несколько субъективной. Обычно вначале, в соответствии с топографическими условиями, выбирают радиус для расчетной горизонтальной арки, располагающейся над дном каньона на высоте (эта арка является наиболее напряженной). Далее вписывают в рельеф другие расчетные арки, стремясь избежать нависания верховой поверхности плотины над нижележащей ее частью. Такого рода арки увязывают между собой, обращая внимание при этом на то, чтобы все арки своими пятами упирались в прочную скалу.
Исследования показали, что минимальный объем бетона тела арочной плотины получается при центральном угле а—130...136°. Однако часто в связи с топографическими условиями приходится отклоняться, от этого оптимального центрального угла и задавать его равным, например, 110...120° (а для нижних арок даже 70... 90°).
3. Гребень плотины, не имеющей проезжей дороги, проектируют шириной 1,5...4,0 м. Возвышение гребня арочной плотины над НПУ определяют так же, как и в случае бетонных плотин, рассмотренных выше.
4. Покрытие верховой поверхности плотины осуществляют или торкретом, или окраской битумом. Низовая поверхность плотины покрытия не имеет.
5. Дренаж тела тонких арочных плотин (см. рис. 9.1, а) не делают. В арочногравитационных плотинах (см. рис. 9.1, б) в редких случаях дренаж устраивают, с тем чтобы не допустить выхода фильтрационной воды на низовую поверхность плотины. Такого рода дренаж конструктивно оформляется так же, как и в случае гравитационных плотин.
6. Сопряжение плотины с берегами и основанием осуществляют с соблюдением всех условий, которые были описаны применительно к случаю гравитационных плотин. В частности, здесь делают зубья (не всегда) и, кроме того, в основании плотины устраивают соответствующие инъекционные завесы, которые продолжают на достаточно большую длину в берегах, с тем чтобы уменьшить фильтрацию в трещиноватой скале в обход плотины. Иногда в основании плотины и в берегах делают соответствующие дренажные устройства. Особое внимание обращают на устройство примыканий плотины к берегам (рис. 9.2). Пяты арок должны быть направлены радиально.
Последнее время, чтобы улучшить статическую работу плотины, фундамент в ее основании отделяют от тела собственно плотины контурным швом. Такой фундамент образует как бы седло, на котором и располагается арка. Этот фундамент, описывая очертание створа плотины, сглаживает различные местные выступы и впадины. Контурный шов соответствующим образом уплотняют. При наличии упомянутого седла задача о проектировании очертаний плотины несколько упрощается.
7. Дренаж основания арочных плотин главным образом устраивают с целью повысить несущую способность скального основания плотин и скальных берегов. В этом отношении проведение дренажных мероприятий в основании арочной плотины и в берегах является более важным мероприятием, чем дренаж самого тела плотины.
8. Временные температурные швы. При бетонировании арочной плотины в ней оставляют временные поперечные вертикальные сквозные швы (в плане — радиально направленные). После остывания бетона эти швы цементируют при низких температурам воздуха. Только после такого замоноличивания плотины водохранилище может быть наполнено водой. Различают два вида временных швов: 1) широкие швы шириной 0,8...1,5 м, которые заполняют бетонной смесью, и 2) швы небольшой ширины (как у гравитационных плотин), цементируемые растворной смесью Расстояние между временными швами назначают 10...15 м.